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特高压技术面临的四大挑战难题
　　摘要：1880年12月，美国纽约提供了真正意义上的公用照明电力服务，由Brush Electric Company's建设的输电线路，供电距离在曼哈顿的几条街道之间，只有3.2公里；1889年，俄勒冈波特兰通用电气创造了14公里的输电距离，额定输送功率4千瓦，创造当时世界范围电力传输的&高压&奇迹。　　　　125年后的今天，在中国，河南已经通过一条800千伏特高压直流输电通道与新疆相连，每年从新疆可以接受370亿千瓦时的电量，其线路总长2192公里，途经新疆、甘肃、宁夏、陕西、山西、河南六省（区）。自2009年以来，国家电网已经先后建成投运2条交流与3条直流特高压输电工程。　　　　电力科学家们怎样从输电距离3.2公里纵深到2000公里以上？或者未来的5000公里？技术秘诀是提升输电电压。为此，科学家们为提高既看不见也摸不着的输电电压等级不懈努力：电网建设历史记录，百年来输送电压从10千伏、35千伏、110千伏、220千伏、330千伏、500千伏、750千伏，直到1000千伏。　　　　但是，每一次提高电压都面临电力传输技术的障碍。交流输电电压一般分为高压、超高压和特高压，国际上高压通常指35-220千伏的电压；超高压通常指330千伏及以上、1000千伏以下的电压；特高压指1000千伏及以上的电压。每提高一个输电压等级，都面临技术极限的突破与挑战。　　　　难题之一：提高电压与抑制电压　　　　陈维江是特高压输电研究领域的专家，是国家电网公司交流建设部副主任，同时也是中国武汉特高压交流试验基地的主要建设者，在特高压输电重大关键技术的研究中发挥了重要作用。当记者在国家电网办公大楼的一间会议室问及特高压技术突破的最大难点是什么时，他回答：&首要攻克的是解决电压控制难题&。　　　　特高压，顾名思义就是传输高等级的电压，科学家们千方百计提高电压传输等级，为何首要考虑的却是如何控制电压？&电压控制&是输电技术领域的重要概念，是指电源电压超过其额定值时的电压控制，包括三种方面：第一是运行电压控制，第二是内部过电压控制（包括暂时过电压、操作过电压以及特快速瞬态过电压），第三是雷击过电压控制（外部过电压）。　　　　当电网正常运行时，线路50赫兹正弦波的电压是运行电压，比如1000千伏特高压线路，正常运行的线电压是1000千伏，500千伏超高压线路，运行电压就是500千伏，运行电压也被称为稳态电压；而过电压则是一种瞬态电压，只在某个瞬间突然出现，而不像正弦波那样反复不变。过电压要比运行电压高很多，如果以音响设备比喻，播放正常音量时可视为运行电压，而当插拔信号线瞬间发出的砰砰巨响可以视为过电压。电网里日常的线路、变压器、并联电抗器的投切、分合闸，乃至线路故障等都会引起线路的过电压，统称为内部过电压。而线路、杆塔、地线避雷线遭到自然雷击引起的过电压称为雷击过电压。　　　　从超高压500千伏到特高压1000千伏，电压等级翻了一番，控制电压的允许值是简单的倍数关系吗？陈维江说&不是的&。他介绍：实际上，特高压允许运行电压升高的过电压裕量反而变小了。以运营电压做基础是1倍，在110千伏、220千伏时过载电压有3倍的裕度，当电压为500千伏时是2.0倍，750千伏是1.8倍，到1000千伏特高压时只有1.6倍的裕度。裕度，是指留有一定余地的程度。　　　　&需求是要提高电压的传输等级，因为特高电压输送的能量大、距离长；但是从技术的要求上看，越是高电压等级，操作过电压允许的倍数越小，意味电压控制更加困难，&陈维江说。　　　　使用什么手段抑制特高压内部过电压与雷击过电压呢？从2004年开始，中国电力科学研究院先后有几十位科研人员做1000千伏特高压交流输电系统过电压的研究，研究课题包括标准电压选择、过电压与绝缘配合、防雷防护、同塔双回路系统断路器瞬态、稳态过电压与电磁暂态优化等十多项研究。这些工程急需的科技成果，特别是相关参数经过仿真计算以及试验验证后，有力支撑了特高压设备研发与选型。　　　　以抑制暂时过电压为例，最主要的设备就是电抗器，它也是特高压最重要的设备之一，因为线路在故障或无故障情况下甩负荷而引起电压突然升高，其幅值是按秒计算的，只能通过大容量的特高压电抗器有效限制工频过电压的幅值。在西安，中国西电集团公司副总经理、总工程师宓传龙的办公室，他向记者介绍了研制生产电抗器的过程，宓传龙获得2012年度国家科学技术进步特等奖，排名第三。　　　　制造电抗器是西电的强项。宓传龙毫不掩饰西电的技术优势，上个世纪他们曾为三峡工程研制了&500千伏直流输电换流变压器和平波电抗器，结束了中国该类电工大型装备依赖进口的局面。2008年，西电承接为中国首条特高压交流试验示范工程研制1000千伏级320Mvar、240Mvar（兆乏，是无功补偿装置的补偿容量单位）特高压并联电抗器。　　　　&电抗器也叫电感器，主要起保证线路输送的最大功率，限制电网电压突变和操作过电压引起的电流冲击的作用。因为电抗器的额定电压是1100千伏，与变压器额定电压1000千伏比较，特高压电抗器的绝缘水平比特高压变压器高出5%左右&，他介绍说。　　　　西电研制国内首台特高压电抗器的过程非常顺利：首先制定了设计主要方案和确定相关参数，之后是制定电气方案、结构方案。在制定方案的过程中，如何验证参数？比如重绝缘参数？他们按比例制作了小模型，通过波峰测量实验模拟产品冲击波，测量每个线圈的重绝缘电场是怎样分布的。之后整理数据和计算值进行比较，看其相似度是多少？哪个地方电压差异比较多。之后再做实验，再验证。当反复比较后没有出现太大的梯度（陡度）时，基本证明设计没有问题了。&这个过程大概多长时间？&宓传龙回答：&主要是做模型的时间，真正做实验半个月就完成了&。　　　　日，一列D26B落下孔自承式载重火车，载着单台重量近百吨的庞然大物，经过31个小时的行程，最终驶向国家电网特高压1000千伏南阳开关站。这是中国西电集团为中国首个特高压工程&晋东南&南阳&荆门特高压交流试验示范工程运送的特高压大件设备&&特高压电抗器。之后，重达200吨的西变1000千伏320Mvar特高压电抗器又运抵晋东南变电站&&　　
(来源：21世纪经济报道)
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科技前沿论坛
陈维江院士谈我国发展特高压输电的创新实践
10月21日上午，国家电网公司陈维江院士参加中国科学院电工研究所《科技前沿论坛》学术报告会，就我国发展特高压输电的创新实践进行了学术报告。报告会由副所长宋涛研究员主持。
陈维江院士现任国家电网公司副总工程师，教授级高级工程师，高电压与绝缘技术专家。2015年11月，当选为中国科学院院士。长期从事电力系统电磁瞬态分析方法及防护技术研究，主持交、直流特高压输电系统电磁与绝缘特性基础问题研究，提出过电压深度抑制方法和绝缘配合方案，支撑我国自主研发成功的特高压输电技术；系统研究了电网雷击先导放电机理与绝缘线路雷击断线机理，提出了基于雷击风险概率分布实施疏、堵措施的差异化防护方法，并在电力系统和高铁牵引供电系统获得广泛应用。
陈院士首先介绍了我国发展特高压输电的原因及背景，概括了国际上特高压输电线路的运行情况及遇到的问题，并介绍了我国发展特高压输电的总体路线及技术方针。陈院士详细介绍了我国发展特高压输电过程中所开展基础研究工作，特别是针对电晕放电、外绝缘放电和内绝缘放电等方面关键科学问题，提出了放电控制解决方法并取得了突破性创新成果。
陈院士在报告中指出，经过十余年的协同创新实践，我国已全面掌握了特高压输电技术，具备了工程自主设计、建设和运行的能力，目前我国已自主建成世界上电压等级最高、输电能力最强的&三交四直&特高压工程，正在建设&四交六直&特高压工程。通过特高压输电工程的建设，提升了我国在国际电工领域的话语权和影响力，带动了输变电装备制造业的全面升级。
最后，陈院士围绕特高压输电的前景、核心技术、绝缘问题以及我国的能源需求、能源互联网等热门话题与中国科学院电工研究所师生进行了深入的交流和讨论。
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发展特高压技术推进电网科技进步――访国网武汉高压研究院院长陈维江
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发展特高压技术
推进电网科技进步
――访国网武汉高压研究院院长陈维江 本刊记者刘宇峰程洪瑾 发展特高压输电技术，市场在中国，创新在中国。国网武汉高压研究院 以下简称武 高院 被业内人士公认为高电压技术研究的排头兵。建院30多年来，为推动我国电 网电压等级的不断提升，在技术储备上做出了重要的贡献。特高压试验示范工程启动 在即，我国特高压输电技术在经过20多年的基础研究后将进入工业化试验阶段，本 刊记者就此采访了高电压领域专家、武高院院长陈维江。 记者：从世界 伏特高压输电线路。 上来讲，电网的电压 电压每升高一倍，输电线路的自然输送功率将 等级都处于一个提升
提高4倍以上。世界各国电网发展的实践表明，相 的过程中。作为高电
邻两个电压等级的级差，在一倍以上是经济合理 压领域的专家，请您
的，新的更高电压等级的出现时间一般为15～20年。 简要评述一下世界电 目前，国际上已经形成了两个电压等级系列， 网发展趋势以及电压 等级提升的必然性。 750千伏、1500千伏。 陈维江：随着 记者：我国电压等级的提升经历了一个怎样 经济的发展，世界各
的过程 国电网装机容量和覆 陈维江：1949年以前，我国电力工业发展缓 盖范围逐渐扩大，电
慢，输电电压是按照具体工程选定的，电压等级繁 压等级由高压向超高
多，最高为110千伏。 压、特高压发展。 新中国成立后，电网实行统一规划，逐渐形成 1908年，美国建成了了经济合理的电压等级系列。1952年，我国自主建 世界上第一条110千设了110千伏输电线路，随后逐渐形成京津唐110 伏输电线路，1923千伏输电网；1954年，建成丰满一李石寨220干伏 年，又建成世界第一
输电线路，随后继续建设辽
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陈维江: 科技兴国助推“中国梦”
时间： 03:15:14 | 编辑：李平
国家电网公司交流建设部副主任,中国电力科学研究院博士生导师,国家973计划首席科学家。
长期从事高电压与绝缘技术和先进输电技术研究工作。在电网、高速铁路和城市轨道交通等地面基础设施的雷电防护方面取得了突出成绩。
&在特高压输电技术领域,敢于创新的精神,让中国实现了从技术跟随到技术引领的转变。&6月16日,从事电力工作30余年的陈维江以《中国特高压输电的创新实践》为题,讲述了我国在特高压输电技术创新上取得的成就。
他说,世界上输电网已有100多年历史,但就输电技术从低电压到高电压等级提升的过程看,西方国家一直领先,中国则处于跟随状态。比如特高压输电技术,早在上世纪60年代至90年代,美国、苏联、日本、意大利等就分别开展了研究。&经济快速增长对电力需求逐渐旺盛,但清洁能源的分布与电力消费的地域存在差异,特高压也开始引起我国的关注。&
特高压输电是一种资源节约型、环境友好型的电力输送技术。&由于国外技术封锁,发展特高压输电只能依靠自主创新。&陈维江坦言,由于长期处于跟随状态,要全面掌握特高压技术,对中国来说自主研发的难度很大。
2004年底,国家电网才正式提出发展特高压输电技术,为何在短短5年之后,我国就建成了一条特高压输电示范工程?&当时我们组建了一支超大规模的创新团队,大约有上万人参与技术研发与工程建设,形成名副其实的产学研协同创新。&他表示,最终,我国不仅掌握了特高压设备设计、制造和试验关键技术,建立了完整的技术产业体系,自主研制成功全套特高压交流输变电设备,实现了&中国创造&。
&从上世纪八十年代首条超高压工程,大多设备从国外引进,到如今首条特高压工程设备实现国产化,这成为了我国电力史上的里程碑。&陈维江说,特高压取得创新成果是集成智慧的结晶,其过程也是社会主义核心价值观的生动写照,科技兴国将极大地助推&中国梦&的实现。
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